[發(fā)明專利]多智能體系統(tǒng)一致性的采樣控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210551784.8
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103869698A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭力;王娜
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是多智能體系統(tǒng)一致性的采樣控制方法，屬于智能控制領(lǐng)域。

二、背景技術(shù)

多智能體系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的一門新興的復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)，同時(shí)它也是一門涉及生物、數(shù)學(xué)、物理、控制、計(jì)算機(jī)、通信以及人工智能的綜合性交叉學(xué)科。目前多智能體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制問題已經(jīng)得到來自這些領(lǐng)域的科研工作者的廣泛關(guān)注。

我們對多智能體系統(tǒng)的分布式協(xié)同控制進(jìn)行研究，不僅僅是為了揭示自然界中許多物理現(xiàn)象的內(nèi)在規(guī)律，更重要的是利用所獲得的對其內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識更好地指導(dǎo)我們的活動(dòng)，更好地服務(wù)于人類社會(huì)。如今，多智能體系統(tǒng)的分布式協(xié)同控制已經(jīng)應(yīng)用到許多領(lǐng)域，如群集、聚集、蜂擁、編隊(duì)控制、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制、無人駕駛航空器的協(xié)同控制及姿態(tài)協(xié)調(diào)等等。

在實(shí)際中，用多智能體系統(tǒng)取代目前的人工操作系統(tǒng)可以很大程度的節(jié)省生產(chǎn)成本，并且更加安全；此外，群體通過局部協(xié)作而獲得群體優(yōu)勢的特點(diǎn)也刺激了多智能體系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用。在軍事領(lǐng)域，采用空中無人駕駛機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行作戰(zhàn)和偵察，可以減少人員的傷亡，還能具有超高過載的機(jī)動(dòng)能力，有利于攻擊和擺脫威脅；在民用領(lǐng)域，多智能體系統(tǒng)可以完成資源勘測、災(zāi)情偵察、通信中繼、環(huán)境監(jiān)測等繁重、重復(fù)或具有一定危險(xiǎn)性的任務(wù)，例如自治移動(dòng)小車系統(tǒng)，自動(dòng)高速公路系統(tǒng)，空間開發(fā)與探測，海洋勘探，傳感器網(wǎng)絡(luò)等。而且，據(jù)專家們推測，“21世紀(jì)可能成為無人戰(zhàn)爭時(shí)代”，也就是說，未來戰(zhàn)場上自動(dòng)化技術(shù)將得到大規(guī)模的運(yùn)用，各種自治的和半自治的地面、空中和海上的作戰(zhàn)平臺將通過多智能體系統(tǒng)聯(lián)系在一起，與作戰(zhàn)人員共同完成任務(wù)，這將是一種無可爭議的發(fā)展趨勢。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出了多智能體系統(tǒng)一致性的采樣控制方法。具體實(shí)現(xiàn)包括以下內(nèi)容：

在實(shí)際應(yīng)用中，通信時(shí)滯(主要是個(gè)體之間通過傳感器或通信設(shè)備進(jìn)行信息傳輸而產(chǎn)生的)和輸入時(shí)滯(個(gè)體自身對于外部作用或信號的處理所產(chǎn)生的)的干擾是不可避免的，而且可能引起網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)散或震蕩。因此，對時(shí)滯影響的研究是十分必要的。

由于通訊條件的限制和總成本約束，信息幾乎不能連續(xù)傳遞，或者只能周期性交換信息.另一方面，在很多情形下，盡管系統(tǒng)本身是一個(gè)連續(xù)時(shí)間過程，但是由于數(shù)字傳感器和控制器的應(yīng)用，在許多情況下，盡管系統(tǒng)本身是一個(gè)連續(xù)過程，但是控制器的綜合僅使用采樣時(shí)刻的信息，即只有在離散采樣瞬間的采樣數(shù)據(jù)對控制合成有效。所以，考慮間歇性傳輸信息更加實(shí)用，從而建模為離散時(shí)間系統(tǒng)或混合系統(tǒng)。與帶有連續(xù)時(shí)間控制器的連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)或自身就是離散時(shí)間的系統(tǒng)相比，通過采樣控制的連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)。一方面，基于采樣數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)字控制器在控制精度、控制速度、控制性能以及控制費(fèi)用方面具有明顯優(yōu)勢。另一方面，在工程應(yīng)用中，連續(xù)信號對通信帶寬的要求更高，這在大多數(shù)情況下是不可得到的。因此，連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的采樣控制更能滿足實(shí)際情況的需要。

對于大多數(shù)現(xiàn)有的一致性協(xié)議，大部分是在當(dāng)前狀態(tài)或時(shí)滯存在下提出的。然而，在某些情況下，時(shí)滯狀態(tài)導(dǎo)數(shù)反饋的引入在確保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一致性方面是非常有必要的。2011年曹等人研究了具有時(shí)變參考狀態(tài)的一階和二階連續(xù)時(shí)間多智能體系統(tǒng)的一致性跟蹤問題并證明了當(dāng)虛擬領(lǐng)導(dǎo)僅對部分智能體存在時(shí)，提出的不具有時(shí)滯狀態(tài)導(dǎo)數(shù)反饋的一致性跟蹤協(xié)議不能確保實(shí)現(xiàn)一致性的跟蹤。同時(shí)，2012年吳等人在具有通信時(shí)滯的連續(xù)時(shí)間多智能體系統(tǒng)中，通過引入適當(dāng)?shù)臅r(shí)滯狀態(tài)導(dǎo)數(shù)反饋增益，提高了一致性的性能，其性能主要包括通信時(shí)滯的魯棒性(即系統(tǒng)所能容忍的最大時(shí)滯)和實(shí)現(xiàn)一致的收斂速度。然而，曹和吳的研究在實(shí)際應(yīng)用中，對于某個(gè)智能體很難獲得它的鄰居智能體的時(shí)滯狀態(tài)導(dǎo)數(shù)反饋信息，就是說具有時(shí)滯狀態(tài)導(dǎo)數(shù)反饋的一致性很難實(shí)現(xiàn)。為了克服這個(gè)問題，2012年吳等人提出了采樣數(shù)據(jù)控制條件下使用數(shù)值微分來近似計(jì)算時(shí)滯狀態(tài)導(dǎo)數(shù)的策略，然而，這種近似計(jì)算可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且，文獻(xiàn)中選取適當(dāng)?shù)牟蓸又芷趤泶_保一致性的實(shí)現(xiàn)目前還沒有被引用。

綜合以上分析，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：

(1)應(yīng)用時(shí)滯分解技術(shù)，提出了一種新的一致性算法即具有時(shí)滯狀態(tài)導(dǎo)數(shù)反饋的一階多智能體系統(tǒng)一致性的采樣控制協(xié)議；

(2)基于采樣數(shù)據(jù)控制的研究，應(yīng)用線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論和代數(shù)圖論，尋找適當(dāng)?shù)牟蓸又芷冢謩e討論了具有時(shí)滯狀態(tài)導(dǎo)數(shù)反饋的一階多智能體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一致性的充分必要條件；

(3)數(shù)值仿真圖證明了理論結(jié)果的有效性。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于取代原有的使用數(shù)值微分來近似計(jì)算時(shí)滯狀態(tài)導(dǎo)數(shù)的協(xié)議，選取適當(dāng)?shù)牟蓸又芷趤泶_保一致性的實(shí)現(xiàn)，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。